ES2393649B1 - Sistema automático de control de calidad en piezas encintadas. - Google Patents

Sistema automático de control de calidad en piezas encintadas. Download PDF

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Abstract

Sistema automático de control de calidad en piezas encintadas.#Cuenta con un bloque generador de marca lumínica (7) que produce una marca de luz (6) que se aplica sobre dos tiras parejas (1, 2) de un objeto encintado (4). La marca (6), en virtud del espesor de las tiras (1, 2) y su separación (3) tiene forma de pulso rectangular y se recoge mediante un bloque de captación de imagen (8) conectado a un bloque de procesado y control (10) que analiza la marca (6) determinando si la separación (3) se encuentra en un margen permitido preestablecido. Un bloque de alarma (11) genera una señal de aviso cuando dicho margen se incumple.

Description

SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL DE CALIDAD EN PIEZAS ENCINTADAS OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema automático de control de calidad en piezas encintadas cuya finalidad esencial consiste en proporcionar una detección automática de defectos, tales como los llamados overlap/gap o hueco/solape, que pueden aparecer durante un proceso de encintado de un objeto, en especial el que se realiza en piezas de fibras de carbono para material laminado con varias capas, de las que se emplean en diversos componentes de la industria aeronáutica. Además de la referida detección, el sistema de la invención permite un control del encintado cuando se incluye una conexión con la máquina encintadora automática que se esté empleando. Todo ello optimiza muy significativamente el tiempo empleado en efectuar un encintado correcto, ya que en el estado actual de la técnica se emplean unos tiempos considerablemente elevados en la revisión visual de los encintados del laminado, capa a capa y requiriéndose un operario especializado.
Con el sistema de la invención se posibilita detectar mientras se está encintando si las tiras se han posicionado de manera correcta o incorrecta, permitiendo aumentar enormemente la productividad en la fabricación de las referidas piezas de fibras de carbono.
El sistema de la invención puede ser utilizado tanto para piezas de superficie curvada como para piezas de superficie plana, pudiendo combinarse con máquinas de encintado existentes tales como máquinas de ATL, máquinas de Fiber placement, y otras, así como con máquinas de encintado que pudieran desarrollarse específicamente para el sistema de la invención.
La invención es especialmente aplicable a piezas pertenecientes a: estructuras y mandos de aviones (tales como revestimientos de superficies sustentadoras, largueros, costillas, herrajes); naves espaciales; vehículos marinos y terrestres; y maquinarias y equipos de carácter industrial. Además, la invención puede integrarse en procesos de fabricación tales como: laminado de material compuesto, corte de material compuesto, conformado en caliente de material compuesto, manipulación y posicionado de piezas y utillaje, curado en autoclave recanteo e inspección. Además, es objeto de la invención facilitar la aplicación del correspondiente sistema en piezas encintadas cuyos materiales pueden estar integrados por diferentes resinas y diferentes tipos de fibras tales como: fibra de
vidrio,
fibra de carbono, fibra seca, kevlar, fibra de
boro,
resina epoxi, resina termoplástica y otras resinas
termoestables.
ANTECEDENTES
DE LA INVENCIÓN
Es
comúnmente conocido que la industria aeronáutica
requiere de estructuras que, por una parte, soporten las cargas a las que son sometidas para cumplir altas exigencias de resistencia y rigidez, y por otra parte que sean lo más ligeras que sea posible. Una consecuencia de estos requisitos es el uso cada vez más extendido de materiales compuestos en estructuras primarias, ya que aplicando convenientemente dichos materiales compuestos se puede conseguir un importante ahorro de peso frente a diseños con materiales metálicos.

Las estructuras integradas han demostrado ser muy eficientes en este sentido, hablándose de estructura integrada cuando los distintos elementos estructurales están fabricados de una sola vez, lo cual implica una ventaja adicional del uso de materiales compuestos, ya que por su condición de constitución en capas independientes se puede ir apilando en diversas formas y orientaciones deseadas, dando la posibilidad de integrar mayormente la
estructura, lo que además conlleva a menudo un ahorro de costes que es esencial a la hora de competir en el mercado y que viene determinado por tener menos piezas individuales que ensamblar.
Las mencionadas estructuras se componen habitualmente de revestimiento y larguerillos; rigidizándose
longitudinalmente
el referido revestimiento con los
mencionados
larguerillos para disminuir su espesor y ser
competitivo
en su peso; de manera que la estructura más
utilizada
actualmente consta de un revestimiento con
larguerillos integrados,
copegados o cocurados.
El conjunto de revestimiento más larguerillos puede fabricarse en un único proceso mediante el cual se obtiene el revestimiento con los larguerillos en una pieza; siguiéndose un procedimiento de fabricación que normalmente es el siguiente:
Primeramente se apilan sobre una base plana las capas de material compuesto, empleándose un procedimiento automático de encintado que es el de aplicación principal de la presente invención, y para el cual se ha desarrollado la misma.
Seguidamente, al apilado obtenido en la etapa anterior se le aplica un doblado para conformar las piezas en la forma deseada. Dicho doblado puede realizarse de diferentes maneras, como por ejemplo mediante la aplicación de un ciclo de temperatura y vacío que moldea el apilado con la geometría requerida mediante el pertinente útil cuya geometría interior es copiada.

-De manera independiente, se procede a un laminado de la piel base que consiste en la superposición de capas de material compuesto que consiste en la superposición de capas de material compuesto en estado preimpregnado, de modo que la orientación de la fibra se adapte a los requisitos estructurales de la pieza; colocándose para ello los refuerzos necesarios entre las distintas capas del laminado. La distribución de capas debe ser tal que permita
el laminado y conformado sin producir arrugas ni
distorsiones
de la fibra, así como que la pieza una vez
curada
no tenga deformaciones perma nentes debidas a
esfuerzos
térmicos.
Después, los distintos elementos se colocan en el útil de curado sobre la piel; siendo posible que en esta fase sea necesario introducir "rowings" (tiras de fibra unidireccionales que deben ser del mismo material que el utilizado en los apilados o de un material compatible (para evitar huecos y/o acumulaciones de resina, asegurando así un pegado óptimo.
A continuación se lleva a cabo el curado de la estructura completa mediante la aplicación de un ciclo único de presión y temperatura, con la ayuda del pertinente sistema de utillaje que puede ser tanto interior como exterior a la bolsa de vacío con la que se ciñe la estructura durante este proceso, permitiéndose la adecuada compactación de todas las zonas de la citada estructura, y pudiendo estar dicha estructura cocurada (si todas las partes tales como revestimiento base, larguerillos y otras están en fresco), copegada (por ejemplo, si los larguerillos están curados previamente) o encolada (todos los elementos previamente curados)
En el estado actual de la técnica, se dan inconvenientes relativos a que hasta la fecha todos los laminados se han de revisar por un operador capa a capa para asegurarse de que antes de poner la siguiente capa del laminado no ha habido ningún problema en el encintado de la misma. Las actuales normas de calidad definen que la tolerancia en lo referente a la distancia en el encintado entre una tira y la siguiente tiene que estar entre O y 2 mm; de manera que si una tira se solapa con la anexa a ella

o hay más de 2 mm de distancia entre las mismas se ha de volver a encintar para que esté dentro de la distancia adecuada. Hasta hace poco, las cámaras de los sistemas de visión artificial existentes no permitían resoluciones
suficientes cómo para detectar cambios tan pequeños, sobre todo teniendo en cuenta el entorno en el que se utilizaban, que tenían que "ver" sobre fibra de carbono de color negro, por lo que sistemas análogos al de la presente invención eran inviables, y además había inconvenientes relativos a que los cambios de iluminación del entorno, tales como cambios de luminosidad, sombras u otros afectaban
considerablemente
a la visión artificial, determinando
excesivos
errores en el correspondiente sistema. No
obstante,
los medios de captación de imagen y de
iluminación
posibilitados por el actual estado de la
técnica permiten que un sistema como el de la presente invención funcione con una elevada eficiencia.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema automático de control de calidad en piezas encintadas, de especial aplicación en la detección de errores en el encintado de piezas de fibra de carbono para material laminado con varias capas, tales como las que se emplean en diversos componentes de la industria aeronáutica; donde al objeto a encintar se le dota de al menos una primera tira de encintado a cuyo lado se dispone una segunda tira de encintado, quedando entre ambas una separación entre tiras; pudiendo realizarse el correspondiente encintado mediante una máquina encintadora automática.

Novedosamente, según la invención, el sistema cuenta al menos con un bloque generador de marca lumínica que produce una marca de luz que se aplica sobre la zona de separación entre dos tiras parejas y sobre las partes adyacentes a dicha zona en cada una de esas tiras parejas; de manera que esa marca de luz, que tendría forma de segmento sin discontinuidades aplicada sobre una superficie lisa, presenta una forma de pulso rectangular al proyectarse sobre las tiras y su zona de separación, en
virtud del espesor de dichas tiras; recogiéndose la
referida marca de luz proyectada sobre las tiras y su zona
de separación mediante un bloque de captación de imagen
conectado a un bloque de procesado y control que analiza la
5
marca, determinando si la separación entre tiras se
encuentra en un margen permitido preestablecido, mediante
el procesado de la imagen del referido pulso rectangular;
conectándose además dicho bloque de procesado y control al
menos a un bloque de alarma que genera una señal de aviso
10
cuando ese margen permitido se incumple.
Según la realización preferente de la invención, el
aludido bloque de procesado y control, además de conectar
con el bloque de captación de imagen y con el bloque de
alarma, conecta con el bloque generador de marca lumínica,
15
con un medio de control de la máquina encintadora
automática y con un dispositivo de iluminación
antiinterferente que evita posibles fallos en el sistema
por interferencias lumínicas debidas a variaciones de
luminosidad en el ambiente, al proporcionar una iluminación
2 O
regular en la zona donde se proyecta la marca de 1uz;
posibilitando todo ello un control dinámico en tiempo real
sobre el cumplimiento del referido margen permitido, en
cada instante del encintado del correspondiente objeto.
Además, en dicha realización preferente de la
25
invención, el mencionado bloque de captación de imagen es
un equipo de visión artificial que incluye dos cámaras
monocromáticas con obturado y dispositivo láser; en tanto
que el bloque generador de marca lumínica es un proyector
LED que genera un haz de luz con sección en forma de
30
segmento lineal recto.
En esa realización preferente de la invención, el
aludido margen permitido preestablecido se establece entre
los valores de O y 2 mm, de manera que se permite la
adyacencia entre los bordes de las distintas tiras, pero no
35
su superposición ni un distanciamiento entre los mismos
superior a 2 mm, para que así pueda aplicarse a la
normativa vigente en la industria aeronáutica que se citaba en el apartado "antecedentes de la invención" del presente documento; siendo este sistema configurable, de manera que si los parámetros a verificar varían (por ejemplo a mas de
2
mm) se puede utilizar correctamente después de su
calibrac
ión.
Con
la estructura que se ha descrito, la invención
presenta la principal ventaja de que permite una verificación automática de la calidad del encintado, cuando hasta ahora, y debido al estado de la técnica, en los equipos que se utilizaban para la fabricación de los laminados planos no se podía automatizar esa tarea de verificación de encintado, y se requería la actuación de una persona para realizar esa verificación, teniéndose además que parar la correspondiente máquina de encintado mientras se realizaba dicha tarea no automatizada de verificación, con la consiguiente pérdida de productividad. Sin embargo, empleando el sistema de la presente invención y combinándolo con los sistemas automáticos de fabricación existentes en configuraciones adecuadas para que los giros de la máquina y la configuración de la pieza no afecten a las medidas realizadas por el sistema, se consigue la automatización de la tarea de verificación de la calidad del encintado.
Concretando más las ventajas de la invención, cabe destacar:
-
Un gran ahorro de tiempo en el encintado, ya que el operador no ha de parar en cada capa para asegurar que se ha realizado correctamente.
-
Un aumento de la calidad de los laminados, ya que se revisa todo automáticamente, evitándose así errores humanos.

Una mejora en la ergonomía relativa a los operadores, ya que, especialmente cuando las piezas encintadas son muy grandes, es muy difícil acceder a todas las zonas del laminado para verificarlo.
A continuación, para proporcionar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte
integrante
de la misma, se acompaña una figura única en la
que
con carácter ilustrativo y no limitativo se ha
representado
el objeto de la invención.
BREVE
DESCRIPCIÓN DE LA FIGURA
Figura
1.-Representa esquemáticamente mediante un
diagrama
de bloques funcionales a un sistema automático de
control
de calidad en piezas encintadas realizado según la
presente
invención.
DESCRIPCIÓN DE UN EJEMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Seguidamente se realiza una descripción de un ejemplo de la invención haciendo alusión a las referencias de la figura.
Así, el sistema automático de control de calidad en piezas encintadas de este ejemplo de la invención, presenta especial aplicación en la detección de errores en el encintado de piezas de fibras de carbono para material laminado con varias capas, tales como las que se emplean en diversos componentes de la industria aeronáutica.
A esa pieza u objeto a encintar 4 se le dota de una pluralidad de tiras parejas, habiéndose representado esquemáticamente en la figura 1 una primera tira de encintado 1 a cuyo lado se encuentra una segunda tira de encintado 2, quedando entre ambas una separación entre tiras 3 y realizándose en el presente ejemplo el encintado que coloca las tiras 1 y 2 sobre el objeto 4 con una máquina encintadora automática 5.

Los elementos hasta aquí descritos 1 a 5 definen un estado de la técnica, mientras que el sistema de la invención propiamente dicho para este ejemplo de la misma queda definido por los elementos 6 a 11 de la figura l. Así, el sistema cuenta con un bloque generador de marca lumínica 7 que produce una marca de luz 6 aplicada sobre la zona de separación 3 entre las tiras 1 y 2 y que se
prolonga sobre partes adyacentes a dicha zona 3 en cada una
de esas tiras 1 y 2, tal y como puede verse en la figura 1;
viéndose en la misma que esa marca 6 tiene una forma de
pulso rectangular en virtud del espesor de las tiras 1 y 2
5
y de la zona de separación 3.
La marca de luz 6 proyectada sobre las tiras y su zona
de separación se recoge mediante un bloque de captación de
imagen 8 que conecta con un bloque de procesado y control
10 para analizar esa marca 6 y determinar si la separación
1 O
3 se encuentra en un margen permitido que se ha
preestablecido. El sistema que se utiliza para el análisis
de esa marca no es capaz de tener en cuenta la dirección de
encintado, el lado de la tira que se está verificando, ... , de
manera que esto no le afecta en su resultado.
15
En el presente ejemplo, dicho margen se establece
entre los valores de O y 2 mm, de manera que se permite la
adyacencia entre los bordes de las distintas tiras 1 y 2
pero no su superposición ni un distanciamiento entre los
mismos superior a 2 mm, al objeto de ser utilizable con la
20
normativa actual vigente en piezas de aeronáutica, y
pudiendo, obviamente, preestablecerse ese margen en otros
valores.
Con medios de procesado de imagen aplicados a la marca
6 el bloque de procesado y control 10 permite verificar que
25
la zona de separación 3 se encuentra en todo momento del
encintado entre los mencionados valores de O y 2 mm, y en
el caso de que se incumpla, por exceso o por defecto, ese
margen, activa un bloque de alarma 11 que genera una señal
de aviso, visual, acústica u otra, que permite conocer los
30
momentos en los que el encintado no es correcto.
Hasta aquí, se tendría la estructura básica de la
invención, pero en el presente ejemplo se añaden otros
elementos que completan y mejoran en sistema. Para ello, el
bloque de procesado y control 10, además de conectar con el
35
bloque de captación de imagen 8 y con el bloque de alarma
11, conecta con el bloque generador de marca 1umínica 7
para gobernar alguno o varios de sus parámetros, con un
medio de control de la máquina encintadora automática 5 que
también posibilita el gobierno de diversos parámetros en
esa máquina 5 (no afectándole ni la curvatura de la pieza
5
encintada, ni la dirección de la tira), tales como puesta
en marcha, paradas, ajustes de diversos tipos u otros;
gobernando además el bloque de procesado y control 10 a un
dispositivo de iluminación antiinterferente 9 que
proporciona una iluminación regular sobre la zona en la que
1 O
se proyecta la marca de 1uz 6 para evitar interferencias
lumínicas debidas a variaciones de luminosidad en el
ambiente, con lo que el sistema de este ejemplo de la
invención permite un control dinámico en tiempo real sobre
el cumplimiento del margen permitido para la distancia o
15
separación 3 en cada instante del encintado del objeto 4.
Concretando mayormente los equipos empleados, cabe
indicar que el bloque de captación de imagen 8 es un equipo
de visión artificial que incluye dos cámaras monocromáticas
con obturado y dispositivo láser, mientras que el bloque
20
generador de marca lumínica 7 es un proyector LED que
general un haz de luz con sección en forma de segmento
lineal recto, en tanto que los bloques de procesado y
control 10, de alarma 11 y de iluminación antiinterferente
9 pueden ser equipos electrónicos e informáticos
25
convencionales con medios de programación conocidos.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL DE CALIDAD EN PIEZAS
    ENCINTADAS, de especial aplicación en la detección de
    errores en el encintado de piezas de fibra de carbono para
    5
    material laminado con varias capas, tales como las que se
    emplean en diversos componentes de la industria
    aeronáutica; donde al objeto a encintar (4) se le dota de
    al menos una primera tira de encintado (1) a cuyo lado se
    dispone una segunda tira de encintado (2), quedando entre
    10
    ambas una separación entre tiras (3); pudiendo realizarse
    el correspondiente encintado mediante una máquina
    encintadora automática (5); caracterizado porque el sistema
    cuenta al menos con un bloque generador de marca lumínica
    (7) que produce una marca de luz (6) que se aplica sobre la
    15
    zona de separación (3) entre dos tiras parejas (1, 2) y
    sobre las partes adyacentes a dicha zona (3) en cada una de
    esas tiras parejas (1, 2) ; de manera que esa marca de 1uz
    (6), que tendría forma de segmento sin discontinuidades
    aplicada sobre una superficie lisa, presenta una forma de
    2 O
    pulso rectangular al proyectarse sobre las tiras (1, 2) y
    su zona de separación (3), en virtud del espesor de dichas
    tiras (1, 2) ; recogiéndose la referida marca de 1uz ( 6)
    proyectada sobre las tiras (1, 2) y su zona de separación
    (3) mediante un bloque de captación de imagen (8) conectado
    25
    a un bloque de procesado y control (10) que analiza la
    marca (6), determinando si la separación entre tiras (3) se
    encuentra en un margen permitido preestablecido, mediante
    el procesado de la imagen del referido pulso rectangular;
    conectándose además dicho bloque de procesado y control
    3 O
    ( 1 O) al menos a un bloque de alarma (11) que genera una
    señal de aviso cuando ese margen permitido se incumple.
  2. 2.SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL DE CALIDAD EN PIEZAS
    ENCINTADAS, según la reivindicación 1, caracterizado porque
    el referido bloque de procesado y control ( 1 O), además de
    35
    conectar con el bloque de captación de imagen (8) y con el
    bloque de alarma (11) , conecta con el bloque generador de marca lumínica (7), con un medio de control de la máquina encintadora automática (5) y con un dispositivo de iluminación antiinterferente ( 9) que evita posibles fallos en el sistema por interferencias lumínicas debidas a variaciones de luminosidad en el ambiente, al proporcionar una iluminación regular en la zona donde se proyecta la marca de luz (6); posibilitando todo ello un control dinámico en tiempo real sobre el cumplimiento del referido margen permitido, en cada instante del encintado del correspondiente objeto (4).
  3. 3.-SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL DE CALIDAD EN PIEZAS ENCINTADAS, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el referido bloque de captación de imagen (8) es un equipo de visión artificial que incluye dos cámaras monocromáticas con obturador y dispositivo láser; en tanto que el bloque generador de marca lumínica (7) es un proyector LED que genera un haz de luz con sección en forma de segmento lineal recto.
  4. 4.-SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL DE CALIDAD EN PIEZAS ENCINTADAS, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el referido margen permitido preestablecido se establece entre los valores de O y 2 mm, de manera que se permite la adyacencia entre los bordes de las distintas tiras (1, 2), pero no su
    superposición
    ni un distanciamiento entre los mismos
    superior
    a 2 mm; siendo este sistema configurable, de
    manera
    que si los parámetros a verificar varían se puede
    utilizar correctamente después de su calibración.
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